CN102557772A - 污泥堆肥处理用发酵装置及其处理方法 - Google Patents

污泥堆肥处理用发酵装置及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥堆肥处理用发酵装置及其处理方法,该装置包括一发酵仓本体,其底部外接有强制通风装置,其内腔底部铺设过滤层,过滤层下方设有渗滤液收集槽,发酵仓本体顶部通过管道连接于一废气处理系统底部。本发明的处理方法包括以下步骤:先添加有机调理剂调节污泥的含水率和C/N,形成污泥堆料,然后将复合菌剂悬液和表面活性剂溶液同时接种到污泥堆料中;再将污泥堆料置于本发明的发酵装置中,采用间歇式静态强制通风处理以进行一次发酵处理;最后经二次发酵后完成堆肥处理。本发明的处理方法资源利用率高,处理效率高,环保安全且特别适合于小型污水处理厂。

Description

污泥堆肥处理用发酵装置及其处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种污泥处理装置及处理方法,尤其涉及一种主要应用于污水处理厂的发酵用装置及其处理方法。
背景技术
[0002] 在污水处理过程中,会产生大量污泥,其数量约占处理水量的0. 3%〜0. 5%左右 (以含水率为97%)计,污泥中含有较多的有毒有害物质,如寄生虫卵、病源微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等;污泥中也含有大量的有用物质如植物营养素(氮、磷、钾)、有机物及水分等。如何将污泥无害化并进行有效利用是现在面临的一个重要问题。对污泥处理的目的首先是要减少有机物,达到稳定化;其次是要减少污泥体积,降低污泥后续处置费用,达到减量化;再次要减少污泥中有害物质,达到无害化;最后实现资源化,化害为利。
[0003] 在我国城市建设飞速发展的进程中,为减少污水处理后剩余污泥对生态环境的破坏,小型污水处理厂(规模< IXlO4 m3/d)的污泥处理也越来越受到重视。在为小型污水厂设计污泥处理、处置方案之时,应综合考虑其自身的特点:在污泥成分方面,小型污水处理厂主要接纳生活污水,污水处理后产生的污泥成分满足有机肥的要求,应首先考虑资源化利用工艺;在污泥处理成本控制方面,小型污水处理厂污泥的基数普遍较小,应尽量选择低成本、综合效果好的处理工艺;在污泥处理后的出路方面,小型污水处理厂一般都位于离农村较近的郊区,不便于运输,应就地处理,而将污泥处理后最终应用于农业生产,不但给污水厂节约了成本,而且还为农业生产降低了成本。
[0004] 当前,我国污水处理厂常见的污泥处理工艺有:厌氧消化、好氧消化、堆肥、加碱稳定、热处理和加热干化等。这几种污泥处理工艺各有优缺点,但从实践经验与处理效果来看,厌氧消化作为国际上最常用的污泥生化处理方法,比较适合大型的污水处理厂;好氧消化工艺初期投资少、停留时间短、占地较小、运行简单,适合于小型污水处理厂污泥的稳定化处理,但其也存在着冬季处理效果差、病原菌灭活率低、消化后的污泥不能达到土地安全利用的弊端;加碱稳定(如石灰稳定)的投资低,但其适用范围有一定的局限性;污泥干化对病原体的控制与污泥中的养分利用效果较好,但是其劳动强度较大,对废气必须要合理处理;污泥好氧堆肥可明显杀灭病原菌和寄生虫卵,使部分有机物转化为腐殖质,使污泥含水率降低而减量,使营养物质易于被植物吸收,促进植物生长,使土壤的理化及生物学性质改
口 ο
[0005] 结合小型污水处理厂污泥处理与处置的特点分析可知,污泥堆肥工艺适合于小型污水处理厂污泥的处理。首先,污泥堆肥的基建投资小,运行成本也较低,符合小型污水处理厂污泥处理的低成本控制;其次,污泥堆肥能够实现资源化利用的目标;再者,污泥堆肥制得的肥料可就近应用于农业或林业生产。目前,已有的污泥堆肥处理工艺(例如条垛式堆肥)大多基于中大型污水处理厂污泥的堆肥处理。因此,开发一种适用于小型污水处理厂污泥堆肥处理发酵用装置及方法则成为污泥堆肥处理工艺应用的一个重要内容。发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种资源利用率高、处理效率高、环保安全且特别适合于小型污水处理厂的污泥堆肥处理用发酵装置及其处理方法。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:一种污泥堆肥处理用发酵装置, 包括一发酵仓本体,所述发酵仓本体的底部外接有强制通风装置(优选为间歇式静态强制通风装置),发酵仓本体的内腔底部铺设过滤层,过滤层下方设有渗滤液收集槽,所述发酵仓本体的顶部通过管道连接于一废气处理系统底部。
[0008] 上述的污泥堆肥处理用发酵装置中,优选的,所述过滤层包括有碎石层(碎石层中碎石的直径优选为IOmm〜20 mm)和位于碎石层下方的金属网,所述碎石层中碎石的粒径大于所述金属网孔径。
[0009] 作为一个总的技术构思,本发明还提供一种污泥堆肥的处理方法,包括以下步骤:
(1)添加有机调理剂:在待处理的污泥(一般指简单脱水后的污泥)中添加有机调理剂, 以调节污泥的含水率和碳氮比(C/N),所述待处理的污泥与所述有机调理剂混合后形成污泥堆料;
(2)接种复合菌剂悬液和表面活性剂溶液:将复合菌剂悬液和表面活性剂溶液同时接种到所述污泥堆料中;通过添加外源菌剂,增加污泥中降解微生物的丰富性,加快污泥微生物细胞的裂解及有机物的分解,促进污泥腐熟,从而加速堆肥过程;表面活性剂的“两亲性” 可以改变污泥堆料颗粒表面“固液”界面的性质,改善微生物生长的微环境,进而提高堆肥的效率;
(3) —次发酵:将所述步骤(2)后的污泥堆料置于上述本发明的发酵装置的发酵仓本体中,开启所述发酵装置中的强制通风装置,对经过上述步骤(2 )后的污泥堆料采用间歇式静态强制通风处理以进行一次发酵,发酵时间为7天〜10天;
(4) 二次发酵:采用自然通风和机械翻抛对经过上述一次发酵后的污泥堆料进行二次发酵,发酵时间为20天〜30天,二次发酵后完成堆肥处理。
[0010] 上述处理方法中,所述有机调理剂优选包括以下两种中的至少一种:
第一种为木屑、植物秸秆和干枯树叶的混合物;所述木屑、植物秸秆和干枯树叶按的质量比例为(12〜18) : (4〜6) : 1 ;
第二种为含水率为20%〜30%的污泥堆肥熟肥。
[0011] 更优选的,所述有机调理剂为包括上述混合物和上述污泥堆肥熟肥的混合调理剂,所述混合物和所述污泥堆肥熟肥的质量比为1. 8〜2. 4,所述有机调理剂的添加量为所述步骤(1)中待处理的污泥质量的25%〜35%,优选30%。
[0012] 上述处理方法中,优选的,所述有机调理剂调节污泥后的C/N控制在25〜30,含水率控制在50%〜65%,优选60%。
[0013] 上述处理方法中,优选的,所述复合菌剂悬液主要由黄孢原毛平革菌菌剂溶液和枯草芽孢杆菌菌剂溶液配制而成,其中每毫升黄孢原毛平革菌菌剂溶液中含有黄孢原毛平革菌孢子1 X IO6〜3 X IO6个,即1 X IO6个孢子/mL〜3 X IO6个孢子/mL,每毫升枯草芽孢杆菌菌剂溶液中含有枯草芽孢杆菌菌落数为IXlO6〜3X106,即IXlO6CfuAiL〜3X106cfu/mL,每千克所述步骤(2)的污泥堆料中所述复合菌剂悬液的接种量优选为3 mL 〜5mL0
[0014] 上述处理方法中,所述表面活性剂溶液优选质量百分比为0. 012%〜0. 015%的鼠李糖脂溶液,每千克所述步骤(2)的污泥堆料中所述鼠李糖脂溶液的接种量优选为30 mL 〜35mL0
[0015] 上述处理方法中,所述间歇式静态强制通风处理的操作方式优选为:每20min曝气 45s 〜90s,气流量为 0. 12 m3/min 〜0. 18mVmin0
[0016] 本发明具有如下优点:
(1)采用黄孢原毛平革菌和枯草芽孢杆菌的复合菌剂,实现了堆肥过程中菌体的优势生长繁殖,促进了污泥的快速腐熟。堆肥过程中添加了生物表面活性剂鼠李糖脂,有效改良了堆肥过程的微环境,提高了污泥堆肥的效率。
[0017] (2)采用污泥熟肥作为调理剂,进一步改善了污泥堆肥过程的微环境,实现优势发酵微生物菌群的循环利用。
[0018] (3)可实现污泥的就地处理及就近利用。污泥的堆肥处理可在污水处理厂内部完成或在附近另辟场地进行处理。污泥堆肥制取的肥料可就近应用于周边农村的农业或林业生产,既做到了污泥稳定化处理又对其进行了资源化利用。
[0019] (4)所设计的发酵仓以污水处理厂每日产生的污泥量作为一次堆肥的污泥用量, 并设置10个相同发酵仓本体,一次发酵完成后(7d〜10d),腐熟后的污泥运至污泥堆棚,在自然通风的条件下进行二次发酵(20d〜30d)直至稳定。如此可实现对污水处理厂污泥的连续处理。
附图说明
[0020] 图1为本发明小型污水处理厂污泥堆肥处理用发酵装置的结构示意图。
[0021] 图例说明:
1、发酵仓本体;11、污泥堆料;12、碎石层;13、铁丝网;2、废气处理系统;3、强制通风装置;4、渗滤液收集槽。
具体实施方式
[0022] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0023] 实施例1 :污泥堆肥处理用发酵装置。
[0024] 一种如图1所示的本发明的污泥堆肥处理用发酵装置,本实施例的发酵装置是按照处理5 t、含水率80%污泥的处理能力设计的尺寸(可根据单日产生的污泥量进行调整)。 本发明的污泥堆肥处理用发酵装置包括有一发酵仓本体1,发酵仓本体1为钢板焊接角铁加强圆筒型封闭式发酵仓(直径d=2 m,高h=2. 75 m);发酵仓本体1的底部外接有强制通风装置3 (本实施例为一间歇式静态强制通风装置);发酵仓本体1的底部铺设过滤层,该过滤层包括有20 cm厚的碎石层12 (石子直径10 mm〜20 mm)以及碎石层12下垫的铁丝网13 (铁丝网的孔径约10 mm),铁丝网13下设渗滤液收集槽4 ;发酵仓本体1的顶部通过管道连接于废气处理系统2底部,该废气处理系统按高1.7m,直径0. 5m设计,堆肥过程中产生的臭气通过管道收集并经废气处理系统2处理后达标排放。堆肥渗滤液及废气处理系统的喷淋液收集后统一回到污水处理厂进行处理。
[0025] 实施例2 :污泥堆肥的处理方法。
[0026] 一种本发明的污泥堆肥处理方法,待处理的污泥原料采自广州市番禺区石碁镇前锋污水厂,其为一典型的小型污水处理厂,污泥原料经带式压滤机脱水后,得到含水率为80%左右的脱水污泥,将脱水污泥置于烘箱中于105°C烘Mh,得干污泥,干污泥中挥发性有机物含量为52. 90%, C/N比约为8. 5。将含水率为80%的脱水污泥采用本发明的处理方法和实施例1中的发酵装置进行堆肥处理,具体包括以下步骤:
(1)添加有机调理剂:在待处理的脱水污泥中添加有机调理剂以调节污泥的含水率、质地和C/N ;所采用有机调理剂包括以下两种成分:成分一为木屑、稻草及干枯树叶的混合物(三者的质量比为12 : 4 : 1),成分二为含水率20%的污泥堆肥熟肥,且成分一和成分二的质量比为2. 4 : 1。其中,木屑取自周边木材加工厂,木屑呈粒状,平均粒径Imm左右;稻草秸秆取自周边农村,截成长IOmm左右小段;干枯树叶取自污水处理厂周边花圃,宽约2cm,长约10cm。该有机调理剂的投配质量比为按70%脱水污泥与30%混合调理剂,经调理混合后最终得到的污泥堆料(污泥与有机调理剂的混合物)含水率为60%,C/N比为30。
[0027] (2)接种复合菌剂悬液和表面活性剂溶液:将复合菌剂悬液和表面活性剂溶液同时接种到(均勻喷洒)上述步骤(1)所得的污泥堆料中,复合菌剂悬液的喷涂接种量控制为5 mL/kg污泥堆料,表面活性剂溶液的喷涂接种量控制在35 mL /kg污泥堆料。本实施例的复合菌剂悬液主要由黄孢原毛平革菌QPhanerochaete chrysosporium BKMF-1767)菌剂溶液和枯草芽孢杆菌UaciBm subtilis M203078)菌剂溶液等体积配制而成(不限于以上两种,还可为该菌种下的其他类似菌株),前述两种菌株均购于武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)。通过浊度测定和稀释平皿法,把黄孢原毛平革菌菌剂浓度按照其浊度调至1 X IO6个孢子/mL,枯草芽孢杆菌的浓度调为1 X IO6 cfu/mL,本实施例的表面活性剂溶液采用质量分数为0. 015%的鼠李糖脂无机盐溶液,其中的鼠李糖脂为自行发酵产生。复合菌剂悬液和表面活性剂溶液的喷洒应同时进行,并且边喷洒边进行翻堆,使污泥堆料、有机调理剂辅料及喷洒的药剂全部混合均勻。
[0028] (3) —次发酵:混合好的污泥堆料11置于实施例1的发酵装置的发酵仓本体1中进行好氧发酵(一次发酵)。供氧方式通过强制通风装置3采用间歇式静态强制通风,每20分钟曝气45s,气流量控制为0.18 m7min。在起始阶段,不耐高温的细菌分解污泥堆料中易降解的葡萄糖、脂肪等,同时放出热量使污泥堆体温度上升,温度可达15°C〜40°C ;随着发酵过程的进行,耐高温菌迅速繁殖,在供氧条件下,大部分较难降解的有机物(蛋白质、纤维等)继续被氧化分解,同时放出大量热能,使温度上升至60°C〜70°C ;当有机物基本降解完,嗜热性细菌因缺乏养料而停止生长,产热随之停止,堆肥的温度逐渐下降,当温度稳定在40°C,堆肥基本达到稳定,形成腐殖质。一次发酵的持续时间为10d,堆肥过程中产生的臭气由管道收集并经废气处理系统2处理后达标排放,发酵过程中产生的则由渗滤液收集槽4收集。
[0029] (4) 二次发酵:一次发酵完成后,将污泥堆料运至污泥堆棚,采用三角形的条形垛进行二次发酵。二次发酵供氧方式采用自然通风和适当翻堆(每7d翻抛一次),翻抛方式为机械翻抛。二次发酵持续时间30d,二次发酵后完成堆肥处理。
[0030] 污泥堆肥样品含水率降至25%〜35%,碳氮比(C/N)彡20 : 1,此时污泥好氧发酵过程基本结束。因污泥堆肥产品质量控制标准尚未颁发,目前可参照《粪便无害化卫生标准》(GB7959-1987)和《城镇垃圾农用控制标准》(GB8172-1987)对污泥堆肥产品质量进行鉴定。最高堆肥温度达50°C〜55°C以上,持续5〜7天;有机质不少于8%,总氮不少于0. 4%,总磷不少于0. 2%,总钾不少于0. 8%,pH值最高不超过9,最低不低于6,水分含量最高不超过40%。若最终腐熟堆肥重金属超标,则只适宜于园林绿化,不宜直接进入食物链。本实施例中污泥堆肥温度在50°C以上持续了 6天,对本实施例中获得的堆肥产品进行检测,结果表明污泥熟肥中有机质含量均>30%,总养分(氮+Ρ205+Κ20) >3%,水分含量在30%左右,发芽指数>60%,物料颗粒均勻,符合土地利用的相关要求。
[0031] 实施例3 :污泥堆肥处理方法。
[0032] 一种本发明的污泥堆肥处理方法,待处理的污泥原料采自广州市番禺区石碁镇前锋污水厂,其为一典型的小型污水处理厂,污泥原料经带式压滤机脱水后,得到含水率为80%左右的脱水污泥,将脱水污泥置于烘箱中于105°C烘Mh,得干污泥,干污泥中挥发性有机物含量为52. 90%, C/N比约为8. 5。将含水率为80%的脱水污泥采用本发明的处理方法和实施例1中的发酵装置进行堆肥处理,具体包括以下步骤:
(1)添加有机调理剂:在待处理的脱水污泥中添加有机调理剂以调节污泥的含水率、质地和C/N ;所采用有机调理剂包括以下两种成分:成分一为木屑、稻草及干枯树叶的混合物(三者的质量比为18 : 6 : 1),成分二为含水率30%的污泥堆肥熟肥,且成分一和成分二的质量比为1.8 : 1。其中,木屑取自周边木材加工厂,木屑呈粒状,平均粒径Imm左右;稻草秸秆取自周边农村,截成长IOmm左右小段;干枯树叶取自污水处理厂周边花圃,宽约2cm,长约10cm。该有机调理剂的投配质量比为按65%脱水污泥与35%混合调理剂,经调理混合后最终得到的污泥堆料(污泥与有机调理剂的混合物)含水率为50%,C/N比为25。
[0033] (2)接种复合菌剂悬液和表面活性剂溶液:将复合菌剂悬液和表面活性剂溶液同时接种到(均勻喷洒)上述步骤(1)所得的污泥堆料中,复合菌剂悬液的喷涂接种量控制为3 mL/kg污泥堆料,表面活性剂溶液的喷涂接种量控制在30 mL /kg污泥堆料。本实施例的复合菌剂悬液主要由黄孢原毛平革菌QPhanerochaete chrysosporium BKMF-1767)菌剂溶液和枯草杆菌UaciBm subtilis M203078)菌剂溶液等体积配制而成(不限于以上两种,还可为该菌种下的其他类似菌株),前述两种菌株均购于武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)。通过浊度测定和稀释平皿法,把前述两种菌剂溶液中黄孢原毛平革菌的浓度调至3 X IO6个孢子/mL,枯草芽孢杆菌的浓度调至3 X 106cfu/mL,本实施例的表面活性剂溶液采用质量分数为0. 012%的鼠李糖脂无机盐溶液,其中的鼠李糖脂为自行发酵产生。复合菌剂悬液和表面活性剂溶液的喷洒应同时进行,并且边喷洒边进行翻堆,使污泥堆料、有机调理剂辅料及喷洒的药剂全部混合均勻。
[0034] (3) —次发酵:混合好的污泥堆料11置于实施例1的发酵装置的发酵仓本体1中进行好氧发酵(一次发酵)。供氧方式通过强制通风装置3采用间歇式静态强制通风,每20分钟曝气90s,气流量控制为0.12 m7min。在起始阶段,不耐高温的细菌分解污泥堆料中易降解的葡萄糖、脂肪等,同时放出热量使污泥堆体温度上升,温度可达15°C〜40°C ;随着发酵过程的进行,耐高温菌迅速繁殖,在供氧条件下,大部分较难降解的有机物(蛋白质、纤维等)继续被氧化分解,同时放出大量热能,使温度上升至60°C〜70°C ;当有机物基本降解完,嗜热性细菌因缺乏养料而停止生长,产热随之停止,堆肥的温度逐渐下降,当温度稳定在40°C,堆肥基本达到稳定,形成腐殖质。一次发酵的持续时间为7d,堆肥过程中产生的臭气由管道收集并经废气处理系统2处理后达标排放,发酵过程中产生的则由渗滤液收集槽4收集。
[0035] (4) 二次发酵:一次发酵完成后,将污泥堆料运至污泥堆棚,采用三角形的条形垛进行二次发酵。二次发酵供氧方式采用自然通风和适当翻堆(每7d翻抛一次),翻抛方式为机械翻抛。二次发酵持续时间20d,二次发酵后完成堆肥处理。
[0036] 以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1. 一种污泥堆肥处理用发酵装置,包括一发酵仓本体,其特征在于:所述发酵仓本体的底部外接有强制通风装置,发酵仓本体的内腔底部铺设过滤层,过滤层下方设有渗滤液收集槽,所述发酵仓本体的顶部通过管道连接于一废气处理系统底部。
2.根据权利要求1所述的污泥堆肥处理用发酵装置,其特征在于:所述过滤层包括有碎石层和位于碎石层下方的金属网,所述碎石层中碎石的粒径大于所述金属网孔径。
3. 一种污泥堆肥的处理方法,包括以下步骤:(1)添加有机调理剂:在待处理的污泥中添加有机调理剂,以调节污泥的含水率和C/ N,所述待处理的污泥与所述有机调理剂混合后形成污泥堆料;(2)接种复合菌剂悬液和表面活性剂溶液:将复合菌剂悬液和表面活性剂溶液同时接种到所述污泥堆料中;(3)—次发酵:将所述步骤(2)后的污泥堆料置于权利要求1或2所述发酵装置的发酵仓本体中,开启所述发酵装置中的强制通风装置,对经过上述步骤(2 )后的污泥堆料采用间歇式静态强制通风处理以进行一次发酵,发酵时间为7天〜10天;(4) 二次发酵:采用自然通风和机械翻抛对经过上述一次发酵后的污泥堆料进行二次发酵,发酵时间为20天〜30天,二次发酵后完成堆肥处理。
4.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于:所述有机调理剂包括以下两种中的至少一种:第一种为木屑、植物秸秆和干枯树叶的混合物;所述木屑、植物秸秆和干枯树叶的质量比例为(12〜18) : (4〜6) : 1 ;第二种为含水率为20%〜30%的污泥堆肥熟肥。
5.根据权利要求4所述的处理方法,其特征在于:所述有机调理剂包括所述混合物和所述污泥堆肥熟肥,所述混合物和所述污泥堆肥熟肥的质量比为1. 8〜2. 4,所述有机调理剂的添加量为所述步骤(1)中待处理的污泥质量的25%〜35%。
6.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于:所述有机调理剂调节污泥后的C/N 控制在25〜30,含水率控制在50%〜65%。
7.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于:所述复合菌剂悬液主要由黄孢原毛平革菌菌剂溶液和枯草芽孢杆菌菌剂溶液配制而成,其中所述黄孢原毛平革菌菌剂溶液的浊度为ι χ IO6个孢子/mL〜3 X IO6个孢子/mL,所述枯草芽孢杆菌菌剂溶液的浓度为 1 X IO6CfuAiL〜3X IO6CfuAiL ;每千克所述步骤(2)的污泥堆料中所述复合菌剂悬液的接种量为3 mL〜5mL。
8.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于:所述表面活性剂溶液是质量百分比为0. 012%〜0. 015%的鼠李糖脂溶液,每千克所述步骤(2)的污泥堆料中所述鼠李糖脂溶液的接种量为30 mL〜35mL。
9.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于,所述间歇式静态强制通风处理的操作方式为:每20min曝气45s〜90s,气流量为0. 12 m3/min〜0. 18mVmin0
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